Environmental Hydraulics and Sustainable Water Management Volume 1

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出版者:Taylor & Francis Group
作者:Lee J H W
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2004-12
价格:0
装帧:Ring-bound
isbn号码:9780415365482
丛书系列:
图书标签:
  • Environmental Hydraulics
  • Sustainable Water Management
  • Hydrology
  • Water Resources
  • Fluid Mechanics
  • Civil Engineering
  • Environmental Engineering
  • Water Management
  • Hydraulic Engineering
  • Sustainability
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具体描述

地下水资源与工程实践:理论、模型与应用 本书聚焦于当前全球水资源管理领域最具挑战性和前沿性的课题——地下水系统的深入理解、高效管理与可持续开发。 依托现代水文地质学、流体力学和环境科学的前沿理论框架,本书旨在为水资源工程师、水文学家、地质学家以及政策制定者提供一套系统、深入且高度实用的技术指南和理论支撑。 本书内容涵盖了地下水系统的全生命周期管理,从基础的地下水流动机制解析,到复杂的污染物迁移模拟,再到面向未来气候变化的适应性管理策略。我们力求在保持科学严谨性的同时,强调工程实践的可操作性和决策的科学性。 --- 第一部分:地下水系统基础理论与数值模拟(The Fundamentals of Subsurface Flow and Modeling) 本部分奠定了理解地下水动态过程的理论基础,并介绍了当前主流的数值模拟技术。 第一章:含水层介质的性质与分类 深入探讨了岩土材料作为地下水储集和输送介质的物理化学特性。内容细致区分了孔隙介质(如砂岩、砾石层)与裂隙介质(如火山岩、变质岩)的差异性水力性质。详细分析了以下关键参数的测量方法、影响因素及其在不同尺度上的变异性:有效孔隙度、渗透率(及其在各向异性条件下的描述)、储水系数(释水系数与储水系数的区分)以及吸附/解吸特性。特别讨论了非饱和带的特性曲线——滞后回滞现象在土壤水力传导函数中的体现,以及如何利用探地雷达(GPR)和电磁感应(EMI)技术对地下介质进行非接触式表征。 第二章:地下水流动的基本方程与解析解 系统梳理了达西定律的理论前提、适用范围及其在宏观与微观尺度上的有效性。重点阐述了斯托克斯-达西定律(Stokes-Darcy)在低速流动下的修正,以及适用于高渗透性或高梯度流动条件下的惯性效应修正项。详细推导并分析了不同边界条件下的基本渗流方程:定常流(如经典的霍顿公式、泰斯法公式)、非定常流(薛斯威格方程)在无限大、有限区域内的解析解形式。对瞬变流的“水力响应面”概念进行了深入探讨,为后续的地下水模型校准提供了理论基础。 第三章:现代地下水数值模型构建与求解 本章是本书工程应用的核心技术支撑。详细介绍了有限差分法(FDM)、有限元法(FEM)和有限体积法(FVM)在求解地下水流动方程中的应用优势与局限性。重点讲解了如何构建三维、多孔层、多介质(MAM)地下水模型,包括网格划分的策略(适应性网格、局部加密技术)、时间步长的选择与稳定性分析。深入探讨了模型中强非线性项(如对流项和源/汇项)的数值处理方法,以及利用迭代求解器(如共轭梯度法、GMRES)处理大规模稀疏矩阵的优化策略。特别强调了模型输入参数的不确定性处理,如使用蒙特卡洛模拟或贝叶斯方法进行参数估计。 --- 第二部分:水资源可持续性与水文地质灾害防治(Sustainability and Hazard Mitigation) 本部分将理论模型应用于实际的水资源开发、保护与风险管理中。 第四章:地下水资源评价与优化开发 本章侧重于资源承载力的科学评估。详细介绍了区域地下水补给量的估算方法,包括稳定同位素示踪法、水量平衡法、以及利用遥感反演的蒸散发数据进行间接推算。在开发利用方面,重点论述了集水系统(井群、渗渠)的最优布局设计,基于最大可持续采量的数学规划模型(如线性规划和非线性规划)。对过度开采导致的地面沉降、海水入侵和水质恶化等环境影响,提出了基于动态系统的反馈控制策略。 第五章:污染物迁移与修复技术 深入分析了地下水污染的源项识别、迁移路径模拟与衰减机制。详细解析了对流-弥散方程的推导及其在不同反应条件下的应用(如一次反应、零级反应)。重点讨论了生物降解(生物刺激、生物强化)、物理隔离(如反应墙、阻隔墙)和化学处理(如氧化还原技术)等多种修复技术的设计参数与监测指标。特别关注了新兴的纳米材料在修复重金属和持久性有机污染物(POPs)中的应用潜力及其环境风险评估。 第六章:复杂地质条件下的水文地质工程 本章针对工程建设中遇到的特殊水文地质问题提供解决方案。涵盖了隧洞、基坑、大坝坝基等工程结构的水土相互作用分析。详细讲解了渗流反渗分析、渗透性测试技术(如Lugeon试验)在工程地质评价中的应用。针对滑坡等地质灾害,阐述了地下水压力在边坡稳定中的关键作用,并介绍了预警系统与排水减压工程的优化设计准则。 --- 第三部分:气候变化下的水文响应与智能管理(Climate Adaptation and Intelligent Systems) 本部分展望了面向未来的水资源管理挑战与技术创新。 第七章:气候变化对地下水系统的影响评估 评估了全球气候模型(GCMs)输出数据在区域尺度上的降尺度处理方法,并将其输入到耦合地表水-地下水模型中,以预测未来降水、气温和极端天气事件对地下水补给和水位的影响。本章详细分析了冰川融化、极端干旱和强降雨事件对地下水资源动态平衡的长期影响,并提出了基于情景分析的风险评估框架。 第八章:地表水-地下水耦合模型及其应用 强调了在水资源管理中必须抛弃地下水和地表水相互独立的传统观点。详细介绍了耦合模型(如SWAT-MODFLOW、MIKE SHE)的结构、耦合机制(如强耦合、弱耦合)和数据接口标准。通过案例研究,演示了如何利用耦合模型模拟河流径流变化、湿地生态系统对水位波动的响应以及跨界含水层的联合调度管理。 第九章:智能水文与数据驱动决策 本章聚焦于现代信息技术在水资源管理中的融合应用。介绍了利用机器学习(如神经网络、支持向量机)进行地下水位长期预测和水质异常检测的方法。讨论了物联网(IoT)传感器网络在实时水文数据采集中的部署策略,以及地理信息系统(GIS)在地下水资源空间可视化、专题图制作和管理决策支持系统(DSS)构建中的核心作用。重点阐述了“数字孪生”(Digital Twin)技术在地下水系统动态监测与虚拟调控中的前沿应用。 --- 本书的特色在于: 理论深度与工程广度兼顾,从微观物理过程到宏观系统管理,逻辑清晰,案例丰富。内容紧密结合最新的国际水资源管理规范和前沿研究成果,确保为读者提供一个既具学术价值又充满实践指导意义的专业参考。

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这本书的广度和深度,让人不禁要思考其背后的编辑和组织工作是多么耗费心力。它就像是一个精心策划的学术会议合集,不同专家从各自擅长的领域贡献了精辟的见解,但所有内容都被一条清晰的主线——如何构建面向未来的韧性水系统——紧密地联系在一起。特别是关于城市低影响开发(LID)技术的应用实例部分,内容细致到了不同植被类型对渗透系数的影响参数,这种对细节的执着,是许多宏观著作所缺乏的。从技术操作层面到战略规划层面,这本书提供了一个完整的知识阶梯,使得无论是正在设计一个小型雨水花园的工程师,还是正在制定省级水资源战略的决策者,都能从中找到与其工作紧密相关的知识增量。它成功地架设了一座沟通基础科学研究和实际工程应用之间的坚实桥梁,阅读体验是极其充实且富有启发性的。

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这本书的装帧设计实在是让人眼前一亮,封面那种深沉的蓝色调,搭配着抽象的水流线条,立刻就让人感觉到了内容的专业性和深度。内页纸张的质感也处理得相当不错,印刷清晰,字迹锐利,即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。从目录上看,它似乎囊括了水文现象分析的方方面面,从基础的水动力学原理到复杂的地表径流建模,内容体系非常庞大且结构严谨。尤其是前几章对流域尺度上水资源演变的梳理,那种系统性的论述方式,让人感觉到作者对这个领域的理解绝非停留在表面,而是有着深厚的理论功底和长期的实践积累。这本书的排版也比较考究,图表数据的展示非常直观,很多复杂的公式和概念都有对应的示意图辅助理解,这对理工科背景的读者来说无疑是极大的便利。总的来说,这本书的物理形态和初步的章节浏览,已经展现出了它作为一本专业参考书应有的高水准,让人对接下来的深入阅读充满了期待。它不仅仅是一本教科书,更像是一部能够长期陪伴在案头,随时可以查阅和研讨的工具书。

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这本书的写作风格,说实话,带着一种老派学者的严谨和一丝不苟,但又巧妙地避免了纯理论阐述的枯燥乏味。它似乎深谙如何用生动的案例来佐证抽象的理论。例如,在讲解地下水补给机制时,作者引用了一个具体的中东地区干旱流域的案例分析,详细列出了模型参数的设定过程和敏感性分析的结果。这种“理论—案例—反思”的叙事结构,极大地增强了内容的可读性和说服力。我注意到书中大量的参考文献引用,看起来非常详实且具有时代前沿性,这保证了书中所述方法的可靠性和先进性。对于初学者而言,可能需要适应一下这种信息密度极高的叙述方式,但对于有一定基础的读者来说,这简直是知识的宝库,每读完一个小节,都能感觉到自己对某个特定水系统环节的认知又深入了一层。这本书的价值,就在于它既能“教你钓鱼”,又能“告诉你鱼塘的水温和水流变化”。

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我花了几天时间细致地翻阅了其中的几个核心章节,特别是关于非常规水源利用策略的那部分,真是让人耳目一新。这本书没有停留在传统的水资源分配和管理模式上,而是大胆地将新兴技术,比如先进的膜分离技术在水回用中的应用,与宏观的政策制定进行了深度融合的探讨。作者的论述逻辑非常跳跃且富有洞察力,他能敏锐地捕捉到当前全球水资源领域面临的那些最棘手的问题——比如城市化进程中水循环的破碎化——并给出了一套兼具工程可行性和经济合理性的解决方案框架。我特别欣赏它在探讨可持续性时,所采用的多指标评估体系,它超越了简单的水量平衡,加入了生态健康和社會公平的权重考量。这种跨学科的视角,使得整本书的理论深度和现实指导意义都得到了极大的提升。对于我们这些身处实践一线的研究人员来说,这本书提供的不仅仅是知识点,更是一种解决问题的思维模型,非常值得反复推敲和消化吸收。

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这本书在处理工程实践与环境伦理的交叉点时,展现出了极高的成熟度。我最感兴趣的是关于生态流量维持与水利工程冲突解决的那一章。作者没有简单地站在任何一方的立场说话,而是非常客观地分析了水坝修建带来的社会经济效益与河流生态系统退化的复杂权衡。他提出了一种基于动态博弈论的利益相关者协调机制,这在水资源管理文献中是比较少见的视角。这种不回避矛盾、直面复杂性的态度,使得整本书的论述显得尤为真诚和可信。同时,书中关于风险评估和不确定性分析的章节,也处理得非常到位,它清晰地指出了在气候变化背景下,任何“确定性”的工程设计都可能面临的脆弱性,并强调了适应性管理的重要性。读完这一部分,我感觉自己对“可持续”这个词汇有了更立体、更具操作性的理解,不再是空泛的口号。

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